DE1079331B

DE1079331B - Method of manufacturing a titanium diaphragm for acoustic apparatus

Info

Publication number: DE1079331B
Application number: DEN12222A
Authority: DE
Inventors: Toshio Hayasaka; Kenro Masuzawa; Shozo Nagai
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1955-05-11
Filing date: 1956-05-11
Publication date: 1960-04-07

Description

Verfahren zum Herstellen einer Titanmembran für akustische Apparate Die Erfindung betrifft eine für akustische Apparate bestimmte Membran, welche aus Titan besteht.Method of manufacturing a titanium diaphragm for acoustic apparatus The invention relates to a membrane intended for acoustic apparatus, which consists of Titanium is made.

Zum Herstellen von akustischen Membranen wird bekanntlich im allgemeinen als Werkstoff Duralumin verwendet.For the production of acoustic diaphragms, it is known in general used as material duralumin.

Aus A. j. M. E., Transaktions, Bd. 197/1953, Metals Branen, S. 335, »Strain Aging«, ist bekannt, daß technisch reines Titan, das kalt verformt worden ist, dann optimale Festigkeitseigenschaften erhält, wenn es bei etwa 300 bis 400' C wärmebehandelt wird. Aus der S. 331 des gleichen Bandes geht hervor, daß für die Untersuchungen eines kalt verformten Bleches das Material gewalzt wurde. Es wird dagegen nicht erwähnt, daß es sich um eine Membran handelt, welche dadurch entstanden ist, daß ein Titanblech gezogen und geformt wurde. Aus der genannten Schrift geht ferner hervor, daß die fortdauernde Verformung des Titanbleches durch die Wärmebehandlung reduziert werden kann, ohne das Herstellungsstadium zu berücksichtigen.From A. j. M. E., Transaktions, Vol. 197/1953, Metals Branen, p. 335, "Strain Aging", it is known that technically pure titanium, which has been cold worked, then receives optimal strength properties when it is around 300 to 400 ° C is heat treated. From p. 331 of the same volume it emerges that the material was rolled for the investigation of a cold-formed sheet. On the other hand, it is not mentioned that it is a membrane which was created by drawing and shaping a titanium sheet. The cited document also shows that the continuous deformation of the titanium sheet can be reduced by the heat treatment without taking into account the production stage.

Im Vergleich mit Duralumin weist das Titan ein gleiches Verhältnis Festigkeit zu Dichte, eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und eine kleinere Wärmeausdehnungszahl auf. Ferner läßt sich das Titan leichter strecken und formen als Duralumin. Aus diesen Gründen scheint die Membran aus Titan für akustische Apparate hoher Qualität, wie beispielsweise Geräte zum Messen akustischer Größen, besonders geeignet zu sein.Compared to duralumin, titanium has the same ratio Strength to density, greater resistance to corrosion and a smaller coefficient of thermal expansion. Furthermore, the titanium can be stretched more easily and shape as duralumin. For these reasons, the titanium diaphragm seems to be used for acoustic High quality apparatus, such as devices for measuring acoustic quantities, to be particularly suitable.

Es ist jedoch zu bemerken, daß sich bei ständiger Beanspruchung, wie sie bei Fernhörern und Kondensatormikrophonen auftritt, der Wirkungsgrad einer Titanmembran wegen der fortdauernden Verformung allmählich ändert.It should be noted, however, that with constant use, such as it occurs in telephones and condenser microphones, the efficiency of a titanium membrane changes gradually due to the continued deformation.

Ziel der Erfindung war die Herstellung einer Meinbran für akustische Apparate, deren Wirkungsgrad praktisch unverändert bleibt und bei welcher eine stabilisierte Resonanzfrequenz erzielt werden kann.The aim of the invention was the production of a Meinbran for acoustic Apparatus whose efficiency remains practically unchanged and in which a stabilized one Resonance frequency can be achieved.

Dieses Ziel wird auf die folgende Weise erreicht. Durch die Wärmebehandlung der Titamnembran und durch die Auferlegung einer Spannung vor der Wärmebehandlung wird die Resonanzfrequenz bereits nach 6stündiger Wärmebehandlung stabilisiert. Wenn der Membran die Spannung nach der Wärmebehandlung auferlegt wird, so wird keine stabilisierte Resonanzfrequenz erzielt, obwohl die Membran einer Wärmebehandlung unterworfen wurde. Es ist also wesentlich, daß eine Spannung vor der Wärmebehandlung der Membran auferlegt wird und daß die Membran nachher einer Wärniebehandlung ausgesetzt wird.This goal is achieved in the following way. Through the heat treatment the titanium membrane and by the application of tension prior to heat treatment the resonance frequency is stabilized after only 6 hours of heat treatment. When the stress is applied to the membrane after the heat treatment, there will be none stabilized resonance frequency achieved, although the membrane undergoes heat treatment was subjected. So it is essential that a tension is established before the heat treatment is imposed on the membrane and that the membrane is subsequently subjected to a heat treatment will.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Titanmembran für aktistische Apparate ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Titanblech zur Meinbran geformt wird und daß die Membran einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung oberhalb der Temperatur der Alterungsbeanspruchung des Titans und unterhalb der Temperatur der Umkristallisierung des Titans liegt und daß der Titanmeinbrane vor der Wärmebehandlung eine Spannung auferlegt wird.The inventive method for producing a titanium membrane for Actistic apparatus is characterized in that a titanium sheet for Meinbran is shaped and that the membrane is subjected to a heat treatment, wherein the Temperature of the heat treatment above the temperature of the aging stress of the titanium and below the temperature of the recrystallization of the titanium and that tension is applied to the titanium membrane prior to the heat treatment.

Nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Wärmebehandlung der Membran in dem Zustand durchgeführt, bei welchem die Beanspruchung angelegt wird.According to a preferred embodiment of the method, the heat treatment of the membrane performed in the state in which the stress is applied will.

Versuche haben gezeigt, daß eine durch erzwungene Alterung erhaltene Membran aus Titan praktisch keine Formänderung infolge der fortdauernden Verformung aufweist, wenn sie für Fernhörer bzw. Kondensatormikrophone gebraucht wird.Tests have shown that one obtained by forced aging Titanium membrane practically no change in shape as a result of continuous deformation if it is used for telephones or condenser microphones.

An Hand der Zeichnungen wird der Erfindungsgegenstand näher erl`äutert.The subject matter of the invention is explained in more detail using the drawings.

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Resonanzfrequenz einer Membran für einen Kondensatormikrophon, wobei die Abszissen die Zeit darstellen; Fig. 2 zeigt in Abhängigkeit der Luftspaltlänge den Druck, welcher auf eine Membran für Fernhörer wirkt; Fig. 3 stellt in Abhängigkeit von der Zeit die Formänderung einer Membran für Fernhörer dar, unter Voraussetzung einer Belastung von 100 g, Bei Kondensatormikrophonen wird die Membran stets einer Beanspruchung von etwa 15 krn/mm2 ausgesetzt. Infolgedessen streckt sich die Membran allmählich, und die auf sie wirkende Beanspruchung wird kleiner, so daß auch die Resonanzfrequenz herabgesetzt wird ' Der Wirkungsgrad des Mikrophons wird daher nach und nach kleiner. 1 shows a graph of the resonance frequency of a diaphragm for a condenser microphone, the abscissas representing time; 2 shows, as a function of the air gap length, the pressure which acts on a membrane for remote listeners; 3 shows the change in shape of a membrane for telephones as a function of time, assuming a load of 100 g. In the case of condenser microphones, the membrane is always exposed to a load of about 15 krn / mm2. As a result, the diaphragm gradually stretches and the stress acting on it becomes smaller, so that the resonance frequency is also reduced . The efficiency of the microphone is therefore gradually reduced.

Die Resonanzfrequenz der Membran, welche aus einem Titanblech ohne erzwungene Alterung besteht, sinkt mit der Zeit gemäß der Kurve I der Fig. 1. Aus dieser Figur ergibt sich, daß die Membran erst nach etwa 1 Jahr stabilisiert wird, d. h., daß die Formänderung der Membran erst nach einem Jahr aufhört, so daß die Membran erst dann nützlich verwandt werden kann. Die Kurve II der Fig. 1 zeigt andererseits die Veränderung der Resonanzfrequenz einer Membran, welche im Zustand, in dem die Beanspruchung nach der Bildung des Titanbleches angelegt wird, einer Wärmebehandlung in Luft mit einer Temperatur von 200' C während einer Dauer von 6 Stunden unterworfen wurde.The resonance frequency of the diaphragm, which consists of a titanium plate without forced aging, the curve of FIG decreases with time according to I. 1. From this figure it appears that the membrane is stabilized after about 1 year, d. That is, the change in shape of the membrane does not cease until after a year, so that the membrane can only then be used usefully. Curve II of Fig. 1 , on the other hand, shows the change in the resonance frequency of a membrane which, in the state in which the stress is applied after the formation of the titanium sheet, is subjected to a heat treatment in air at a temperature of 200 ° C. for a period of 6 hours became.

Während der Wärmebehandlung sinkt plötzlich die Resonanzfrequenz, wie in Fig. 1 mit der punktierten LinieB gezeigt ist. Nach der Wärmebehandlung ist jedoch die Kurve der Resonanzfrequenz merkwürdig stabilisiert, wie in Fig. 1 bei der Strecke d-e der Kurve II klar angegeben ist.During the heat treatment, the resonance frequency suddenly drops, as shown in Fig. 1 with the dotted line B. After the heat treatment, however, the curve of the resonance frequency is remarkably stabilized, as is clearly indicated in FIG. 1 at the section de of curve II.

Der Wert der Resonanzfrequenz der Strecke d-e in Fig. 1 entspricht ungefähr demjenigen. der Resonanzfrequenz, die eine der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung nicht ausgesetzte Membran nach einem Zeitraum von verschiedenen Jahrzehnten aufweisen würde.The value of the resonance frequency of the section de in Fig. 1 corresponds approximately to that. the resonance frequency that a membrane not exposed to the heat treatment according to the invention would have after a period of different decades.

Es ist zu bemerken, daß bei einer Membran für Kondensatormikrophone keine stabilisierte Resonanzfrequenz erzielt werden kann, wenn der Membran die Beanspruchung nach der Wärniebehandlung auferlegt wird, wie die Kurve II der Fig. 1 klar angibt.It should be noted that when a membrane for condenser microphones no stabilized resonance frequency can be achieved when the membrane is imposed on the strain after Wärniebehandlung, as the curve II of Fig. 1 clearly indicates.

Eine Membran für, Fernhörer ist stets einer Zugkraft eines Permanentmagneten unterworfen. Der Wert dieser Zugkraft ist vom Luftspalt abhängig, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Bei einem Betriebsluftspalt L beträgt diese Zugkraft etwa 300 g. Wenn der Luftspalt Null z5 ist, beträgt die Zugkraft etwa 1000 g.A membrane for remote listeners is always subjected to the pulling force of a permanent magnet. The value of this tensile force depends on the air gap, as can be seen from FIG. With an operating air gap L, this tensile force is about 300 g. When the air gap is zero z5, the tensile force is about 1000 g.

Infolge der durch diese Zugkraft ausgeübten Wirkung wird die Membran verformt, der Luftspalt verkleinert und der Wirkungsgrad des Fernhörers herabgesetzt.As a result of the effect exerted by this tensile force, the membrane becomes deformed, the air gap is reduced and the efficiency of the receiver is reduced.

Wird eine Membran aus Titan ohne erzwungene Alterung einer Belastung von etwa 1000 g unterworfen, so wird ihre Verformung durch die Kurve I der Fig. 3 in Abhängigkeit der Zeit dargestellt. Wenn jedoch die gleiche Belastung von 1000 g einen aus einem Titanblech hergestellten Membran, welche einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 200' C während 10 Stunden unterworfen wurde, auferlegt, tritt eine Verformung auf, die durch die Kurve II dargestellt ist. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß die Verformung der Membran, die der Wärmebehandlung unterworfen wurde, 3 [t nicht überschreitet und daß die Verformungsfähigkeit nach 100 Stunden sehr klein ist.If a membrane made of titanium is subjected to a load of about 1000 g without forced aging, its deformation is shown by curve I in FIG. 3 as a function of time. However, when the same load of 1000 g is applied to a membrane made of a titanium sheet which has been subjected to heat treatment at a temperature of about 200 ° C. for 10 hours, deformation as shown by curve II occurs. From Fig. 3, it is found that the deformation of the membrane subjected to the heat treatment does not exceed 3 [t, and that the deformability is very small after 100 hours.

Demzufolge wird der Wirkungsgrad des Fernhörers, bei welchem eine wärmebehandelte Membran aus Titan verwendet wird, durch Gebrauch wenig geändert. je höher die Temperatur der-Wärmebehandlang, desto kürzer die Dauer derselben ist. Weil das Titan bei einer Temperatur von etwa 400' C umzukristallisieren und zu oxydieren- beginnt, ist es jedoch erforderlich, die Temperatur der Wärmebehandlung unterhalb 400' C zu halten.' Die Alterungsbeanspruchung des Titans erscheint schon bei Zimmertemperatur. Würde jedoch die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb 100' C durchgeführt, so würde viel Zeit erforderlich sein, bevor die Wirkung der Wärrnebehandlung erzielt werden könnte, was selbstverständlich vom praktischen Standpunkt aus nicht erwünscht'ist. Infolgedessen muß die Wärmebehandlung mit einer Temperatur zwischen 100 und 400' C durchgeführt werden.Accordingly, the efficiency of the handset using a heat-treated diaphragm made of titanium is little changed with use. the higher the temperature of the heat treatment, the shorter the duration thereof. However, because the titanium begins to recrystallize and oxidize at a temperature of around 400 ° C , it is necessary to keep the temperature of the heat treatment below 400 ° C. The aging stress on titanium already appears at room temperature. However, if the heat treatment were carried out at a temperature below 100 ° C., it would take a long time before the effect of the heat treatment could be obtained, which is of course undesirable from a practical point of view. As a result, the heat treatment must be carried out at a temperature between 100 and 400 ° C.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for producing a titanium membrane for acoustic apparatus, characterized in that a titanium sheet is formed into a membrane and that the membrane is subjected to a heat treatment, the temperature of the heat treatment being above the temperature of the aging stress of the titanium and below the temperature of the recrystallization of the titanium, and that the titanium membrane is subjected to tension before the heat treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment is carried out for a period of at least 1 hour. 3. Method iiach-A-üsp'ru'ch 1, characterized in that the temperature of the heat treatment is between 100 and 400 ° C.

Documents considered: AJME, Transactions, Vol. 197/1953, Metals Branch, p.335.